Kükürt evrende en bol bulunan elementlerden biridir. Dağınık bir yıldızlararası buluta baktığınızda, içinde doğduğu yıldızlardaki füzyon modellerine göre beklenen miktar kadar çok miktarda bulut bulursunuz. Bununla birlikte, yoğun, soğuk bir moleküler buluta (bu yıldızların gerçekte oluştuğu türden) bakarsanız, orada olması beklenen kükürtün %99’unun eksik olduğu görülüyor. Bilim adamları onlarca yıldır bu “eksik kükürt sorunu” üzerinde kafa yoruyor, ancak önde gelen bir teori, elementin buzlu toz tanecikleri içinde saklandığı ve tespit edilmesini zorlaştırdığı yönünde.
Yeni bir makale yayınlandı Astronomi ve Astrofizik Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü ve Centro de Astrobiologia’dan bir araştırma, laboratuvar sonuçlarının yorumlanmasını desteklemeyi ve yıldızlararası buzlardaki kükürt evrimine ilişkin mevcut anlayışımızı test etmeyi amaçlayan yeni bir bilgisayar simülasyon modelini açıklıyor.
Simülasyon, kimyasalların özellikle buz ve gaz fazları arasında nasıl etkileşime girdiğini hesaplayan Python tabanlı bir uygulama olan pyRate’de yazılmıştır. Makale, hız denklemi simülasyonu ile çok bileşenli yıldızlararası buz analoğunun kimyasının ilk başarılı modelini işaret ediyor. Bilim insanları “ilklere” bayılır ama bu durum pratikte ne anlama geliyor?
Yazarlar, 2024 yılında kükürt üzerinde gerçekleştirilen özel bir laboratuvar deneyinin sonuçlarını simüle etmeye odaklandılar. Bu deney sırasında, bir karbondioksit (CO) karışımı2) ve karbon disülfür (CS2) 10 K’ye soğutuldu ve daha sonra vakumlu ultraviyole (VUV) fotonlarla patlatıldı. Fiziksel deney sırasında, bu işlem molekülleri parçaladı ve kükürt dioksit, karbonil sülfür ve hatta allotroplar olarak bilinen saf kükürt zincirleri gibi yeni kükürt içeren kimyasallardan oluşan bir karışım yarattı. Kritik olarak, deneyde önemli miktarda kükürt “kayboldu”; muhtemelen onları izlemek için kullanılan cihazlar tarafından görülemeyen uzun kükürt zincirleri halinde kilitlendi.
Bu deneyin simülasyonda taklit edilmesi bu makalenin amacıydı ve bazı ilginç buluşlara yol açtı. Birincisi moleküllerin gerçekte nasıl hareket ettiğiydi. Çoğu astrokimyacı, moleküllerin termal difüzyon yoluyla hareket ettiğini varsayar; başka bir moleküle çarpana kadar bir yüzeyin etrafında dolaşırlar. Ancak ekip simülasyonu yalnızca standart difüzyon meydana gelecek şekilde yürüttüğünde, bu kadar çok miktarda kükürt içeren bileşik üreten reaksiyon durma noktasına geldi. Atomların, konakçı molekülden ayrıldıktan hemen sonra komşularıyla etkileşime girebildiği “yaygın olmayan kimya”yı mümkün kılmak, reaksiyonun ilerlemesini sağlamanın anahtarıydı, bunun nedeni muhtemelen 10 K’nın gerçekten çok fazla termal ivme sağlamamasıdır.
Bir başka buluş, bir VUV fotonunun ne kadar kalın bir buz tabakasına nüfuz edebileceğini anlamak oldu. Cevabın yaklaşık 100 “tek tabaka” veya tek tabaka buz molekülü olduğu ortaya çıktı. Bir VUV fotonunun buzlu oluşumların derinliklerine nüfuz etme yeteneği hakkında bazı tartışmalar olduğu için, bu astrokimyasal kodların gelecekteki yinelemelerine bir özellik olarak eklenebilir.
Ancak simülasyon ile 2024 deneyindeki gerçek deneysel veriler arasında bazı farklılıklar vardı. Deneysel olarak, her şey söylendiğinde ve yapıldığında bulunan ana bileşik, yüksek seviyelerde kükürt allotroplarıyla birlikte kükürt dioksitti. Ancak simülasyon her iki molekülün de düşük miktarlarını öngördü. Ek olarak simülasyon, yüksek konsantrasyonlarda karbonil sülfit, sülfür monoksit ve karbon monosülfit öngördü. Bunlar başlangıçta rapor edilmemiş olsa da, kızılötesi spektrumların daha ileri analizi, deneysel verilerin aslında bazı karbon monosülfit ve kükürt monoksit moleküllerinin varlığıyla uyumlu olduğunu ortaya çıkardı; çünkü kimyasal imzaları muhtemelen baskın kükürt dioksit özellikleriyle örtüşme nedeniyle gizlenmişti.
Yazarlar bu tutarsızlıkları, yıldızlararası kimyasal etkileşimlere ilişkin mevcut anlayışımızın en iyi ihtimalle eksik olduğunu gösteren bir ipucu olarak aldılar. Ancak aynı zamanda orijinal deneyin bir şeyi gözden kaçırmış olabileceğini de gösterdiler; karbon monosülfit ve kükürt monoksitin kimyasal imzaları, baskın kükürt dioksit sinyaliyle büyük ölçüde örtüşüyordu, dolayısıyla bu konsantrasyonlardan bazıları yanlış yorumlanmış olabilirdi.
Her iki durumda da bu, galaksideki kimyanın genel olarak nasıl çalıştığını anlamada ileriye doğru atılmış bir adımdır. Bu tür çalışmalar, yazarların pyRate’i laboratuvar deneyine daha doğru bir şekilde uyacak şekilde güncellemelerine ve hatta James Webb Uzay Teleskobu gibi gelecekteki gözlem kampanyalarına bilgi vermelerine olanak tanıyacak. Yavaş ama emin adımlarla bilim insanları, ne kadar çok tek buz tabakasını kazmaları gerekse de, kayıp kükürt gizeminin temeline inmeye çalışıyorlar.
Gaby Clark
İngilizce Yüksek Lisans, 2021’den beri yüksek öğrenim ve sağlık içeriğinde deneyime sahip metin editörü. Güvenilir bilim haberlerine adanmıştır.
Tam profil →
Andrew Zinin
Araştırma deneyimi olan fizik alanında yüksek lisans. Uzun süredir bilim haberlerinin meraklısıyım. Science X’in editoryal başarısında anahtar rol oynar.
Tam profil →
